一种硅碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池负极材料领域，特别是涉及一种硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，向分散液中加入偶联剂并调节pH值为4～5，依次进行洗涤、干燥，得改性纳米硅颗粒；分别配置的水相溶液包括比例为2：1的乳化剂和pH稳定剂，油相溶液包括比例为3：1的聚合物单体、交联剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到油相溶液中后一并加入到水相溶液中，加入引发剂，依次进行离心、洗涤、干燥，得到复合材料；将步骤S2得到的复合材料进行碳化，得到硅碳复合材料。本发明专利技术提供一种聚合物包覆均匀、结构稳定、电化学性能优良的硅碳复合材料；还提供一种工艺简单、对环境友好的硅碳复合材料的制备方法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池负极材料领域，特别是涉及一种硅碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几年，锂离子电池发展迅速，动力电池的应用逐步体现出日益高涨的热情。负极材料是提高锂离子电池倍率性能的关键因素，是目前电源系统轻量化的一个重要方向。
[0003]碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，利用碳材料的机械弹性能够缓冲硅巨大体积膨胀，同时高的电子导率也能提高复合材料的倍率性能，因此成为与硅复合的首选基质。在硅碳复合材料中，硅作为活性物质提供高容量，碳材料可以改善硅材料在充放电过程中的体积变化。在硅碳复合材料的结构方面，具有核壳结构的硅/碳复合材料受到了更加广泛的关注，因为核壳结构既能够提高碳与硅的接触范围，增加电子的导通道，又能将电解液与硅隔离开来。但是目前文献报道的硅颗粒表面碳包覆方法，容易出现碳源包覆不均匀，颗粒容易团聚。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种聚合物包覆均匀、结构稳定、电化学性能优良的硅碳复合材料。
[0005]本专利技术还提供一种工艺简单、对环境友好的硅碳复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，然后向分散液中加入偶联剂并调节pH值为4～5，并依次进行洗涤、干燥，得到改性纳米硅颗粒；
[0009]S2、分别配置水相溶液和油相溶液，所述水相溶液包括比例为2：1的乳化剂和pH稳定剂，所述油相溶液包括比例为3：1的聚合物单体、交联剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到所述油相溶液中后一并加入到所述水相溶液中，再加入引发剂，并依次进行离心、洗涤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆聚合物的复合材料；
[0010]S3、将步骤S2得到的复合材料进行碳化，得到硅碳复合材料。
[0011]对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S1中，所述有机溶剂的质量为纳米硅颗粒质量的2.3～8％。
[0012]对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S1中，所述洗涤的步骤为：采用醇、水比例为1：2的醇水混合液和纯水依次进行洗涤。
[0013]对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S2中，所述乳化剂为单硬脂酸甘油脂、蔗糖脂肪酸三酯和山梨醇酐单硬脂酸酯中的任意一种或几种的混合物。
[0014]对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S2中，所述pH稳定剂为二甲基乙醇胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
[0015]对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S2中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫
酸铵中的一种。
[0016]对上述技术方案的进一步改进为，所述引发剂的用量为改性纳米硅颗粒的质量的1～2％。
[0017]对上述技术方案的进一步改进为，所述碳化包括如下步骤：在惰性气体气氛环境下，以0.5～6℃/min从室温升温至300～500℃，保温2～5h，然后继续升温至500～850℃，保温1～5h。
[0018]一种硅碳复合材料，所述硅碳复合材料使用上述的制备方法制得。
[0019]对上述技术方案的进一步改进为，所述硅碳复合材料的颗粒粒径为75～130nm。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]本专利技术提出的制备方法中充分利用表面和碳源的化学官能团间的相互作用，不同碳源之间分解温度的差别，且工艺简单、对环境友好；其中采用乳液聚合和溶液聚合方法在纳米硅颗粒上包覆高分子聚合物，纳米硅颗粒在经过改性处理后与聚合物的相互作用更为紧密，聚合物包覆比较均匀，经过高温碳化处理后，复合材料的碳包覆层结构稳定，不易破裂；通过该硅碳复合电极材料可以提高锂离子电池的循环稳定性和功率性能。
具体实施方式
[0022]为更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但是本专利技术的实施方式不限于此。
[0023]一种硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]S1、将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，然后向分散液中加入偶联剂并调节pH值为4～5，并依次进行洗涤、干燥，得到改性纳米硅颗粒；
[0025]S2、分别配置水相溶液和油相溶液，所述水相溶液包括比例为2：1的乳化剂和pH稳定剂，所述油相溶液包括比例为3：1的聚合物单体、交联剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到所述油相溶液中后一并加入到所述水相溶液中，再加入引发剂，并依次进行离心、洗涤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆聚合物的复合材料；
[0026]S3、将步骤S2得到的复合材料进行碳化，得到硅碳复合材料。
[0027]进一步地，在所述步骤S1中，所述有机溶剂的质量为纳米硅颗粒质量的2.3～8％。
[0028]进一步地，在所述步骤S1中，所述洗涤的步骤为：采用醇、水比例为1：2的醇水混合液和纯水依次进行洗涤。
[0029]进一步地，在所述步骤S2中，所述乳化剂为单硬脂酸甘油脂、蔗糖脂肪酸三酯和山梨醇酐单硬脂酸酯中的任意一种或几种的混合物。
[0030]进一步地，在所述步骤S2中，所述pH稳定剂为二甲基乙醇胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
[0031]进一步地，在所述步骤S2中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。
[0032]进一步地，所述引发剂的用量为改性纳米硅颗粒的质量的1～2％。
[0033]进一步地，所述碳化包括如下步骤：在惰性气体气氛环境下，以0.5～6℃/min从室温升温至300～500℃，保温2～5h，然后继续升温至500～850℃，保温1～5h。
[0034]一种硅碳复合材料，所述硅碳复合材料使用上述的制备方法制得。
[0035]进一步地，所述硅碳复合材料的颗粒粒径为75～130nm。
[0036]实施例1
[0037]一种硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038]S1、将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，然后向分散液中加入偶联剂并调节pH值为4，并依次进行洗涤、干燥，得到改性纳米硅颗粒；
[0039]S2、分别配置水相溶液和油相溶液，所述水相溶液包括比例为2：1的乳化剂和pH稳定剂，所述油相溶液包括比例为3：1的聚合物单体、交联剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到所述油相溶液中后一并加入到所述水相溶液中，再加入引发剂，并依次进行离心、洗涤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆聚合物的复合材料；
[0040]S3、将步骤S2得到的复合材料进行碳化，得到硅碳复合材料。
[0041]进一步地，在所述步骤S1中，所述有机溶剂的质量为纳米硅颗粒质量的2.3％。
[0042]进一步地，在所述步骤S1中，所述洗涤的步骤为：采用醇、水比例为1：2的醇水混合液和纯水依次进行洗涤。
[0043]进一步地，在所述步骤S2中，所述乳化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将纳米硅颗粒分散到有机溶剂中得到分散液，然后向分散液中加入偶联剂并调节pH值为4～5，并依次进行洗涤、干燥，得到改性纳米硅颗粒；S2、分别配置水相溶液和油相溶液，所述水相溶液包括比例为2：1的乳化剂和pH稳定剂，所述油相溶液包括比例为3：1的聚合物单体、交联剂，将步骤S1得到的改性纳米硅颗粒分散到所述油相溶液中后一并加入到所述水相溶液中，再加入引发剂，并依次进行离心、洗涤、干燥，得到纳米硅颗粒上包覆聚合物的复合材料；S3、将步骤S2得到的复合材料进行碳化，得到硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述有机溶剂的质量为纳米硅颗粒质量的2.3～8％。3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述洗涤的步骤为：采用醇、水比例为1：2的醇水混合液和纯水依次进行洗涤。4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述乳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴武，仰永军，仰韻霖，
申请(专利权)人：广东凯金新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：